铁基多金属水氧化电极的制备及其电催化析氧性能的研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:bittermonkey
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作为传统能源,化石能源是有限的,同时化石燃料的燃烧会产生大量的温室气体和一些有毒的污染物,产生很严重的环境污染问题。因此,开发一些可持续的清洁能源来取代传统的化石能源成为解决上述问题最为可行的方法。氢气作为一种清洁并且来源丰富的能源载体受到了研究者们的广泛关注。获得氢气的途径有很多,水分解反应就是一条非常重要的途径,其中的水氧化反应(OER)包含四个质子和电子的转移以及O-O键的形成,是水分解反应的关键步骤,因此开发高效的催化剂来提高反应的动力学并降低其过电位是十分重要的。早期研究者们主要研究的是单金属水氧化催化剂,后来大量的研究表明,基于单金属的水氧化催化剂的催化能力是有限的,而通过向单金属催化剂中掺杂一些其他金属后,可以调整催化剂材料的电子结构并降低OER中间体的吸附能,同时在催化过程中不同金属之间具有一定的协同作用,这能够大幅提升催化剂的催化能力。基于以上这些背景,本文采用水热和电化学沉积的方法在泡沫镍基底上原位生长出碱式碳酸钴纳米线后,再将Fe负载在纳米线的表面,最终制得Fe-CCH/NF水氧化电极。在1 M KOH电解液中,当电流密度达到100 mA/cm2时,过电位仅有255 mV,塔菲尔曲线的斜率为32.1 mV/dec,并且在10 mA/cm2的电流密度下长时间电解50 h仍能稳定存在。此外,还通过简单的电化学沉积的方法依次在三维导电基底泡沫镍上沉积CeO2和FeOOH水氧化催化剂,然后采用高温磷化的方法在管式炉中煅烧后制备出所需的FeP-CeO2/NF电极。该电极在1 M KOH溶液中,达到100 mA/cm2的电流密度仅需要245 mV的过电位,塔菲尔曲线的斜率只有39.1 mV/dec,并且可以稳定工作50 h以上。
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